圆柱和环激冷时的歪扭现象分析

1.热歪扭

将几种尺寸的纯铁圆柱和环加热到800℃，然后在盐水中急冷后测定其变形结果^[1]，如图13-3所示。在800℃纯铁为单相铁素体组织，冷却时不发生相变，其结果是只产生热歪扭，如图13-4和图13-5所示。

图13-3 尺寸测定位置（直径和高度为各测定位置的平均值）

a）圆柱 b）环

图13-4 800℃加热后盐水中急冷时纯铁圆柱的热歪扭

图13-5 800℃加热后盐水中急冷时纯铁环的热歪扭

（1）圆柱 如图13-4所示，D＝H时变形小；D＜H时D增大、H减小；D＞H时D减小、H增大。

圆柱于800℃加热后急冷时，在冷却初期表面因冷却而收缩，冷却慢的内部各方向受压，所以圆柱变得倾向于球形，并且D＜H时D增加、H减小，D＞H时D减小、H增加。在冷却后期，与上边的情况出现相反的趋势，然而这时温度已降低，塑性变形抗力增大，产生的变形比较小，使冷却初期的影响居于支配地位。

（2）环 如图13-5所示，环的外径、内径都是一起减小的，环的形状是D_外＞H，跟D＞H的圆柱一样。在图13-5中，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的H都是增大的，而Ⅱ的H是减小的。这是因为Ⅱ的D_内＜H，所以冷却时在孔内生成气泡，内孔冷却得慢，结果是外圆和上、下两底面收缩较早，温度尚高的内孔部分向内侧发生塑性变形，内径显著地减小。在冷却后期，内孔部分的温度也降低并发生收缩，结果是H也减小了。

2.淬火歪扭

表13-4列出了试验用钢的化学成分和淬火条件，图13-6和图13-7所示为变形的测定结果^[1]。(www.xing528.com)

表13-4 钢的化学成分和淬火条件

图13-6 圆柱的淬火变形

（1）圆柱 如图13-6所示，Ⅰ中的1号试样全部淬硬，H、D一起增加，特别是H增加得多（热歪扭时H是减小的）。2号试样由于有残留奥氏体，体积变化小，同时H比D增加得少，表现了热歪扭的影响。3号试样体积的增加很少，这是由于残留奥氏体和不发生相变的碳化物多的缘故。3号试样为空冷硬化，主要产生相变歪扭，H比D增加得多。

图13-6Ⅱ中1号试样的D增加、H减少，跟热歪扭的倾向相同。这是由于试样尺寸较大，而这种成分的钢硬化层浅，因此尺寸变化在未硬化部分的歪扭中影响较大。2号试样和3号试样因是整体硬化，所以与Ⅰ中的情况相同。

图13-6Ⅲ中除了3号试样外，H的增加大、D的变化小，这个变化是热歪扭型的。3号试样变形小与Ⅰ中的情况相同，为相变歪扭型。

图13-7 圆环的淬火歪扭

图13-6中试样Ⅳ的H＝D，这种情况的热歪扭也小，很明显，相变歪扭主要决定着变形。1号试样的变形比2号试样要小，这是由于淬火深度浅的缘故。

（2）圆环 如图13-7所示，Ⅰ中的D_外、D_内、H都增加。产生热歪扭时D_外、D_内一起减少，所以此图说明相变歪扭的影响大。当圆环外侧马氏体化膨胀时，冷却较迟的内孔尚处于容易变形的状态，所以伴随着外表面的膨胀内径要发生扩展。圆环的H大时，则孔部的冷却更加迟缓，这种倾向加强。

在图13-7Ⅱ中，1、2号试样表现为D_内收缩，为热歪扭型；3号试样的变形是由于发生了相变。

图13-7Ⅲ的试样比图13-7Ⅱ的H大，所以内孔冷却迟缓，内径增加的倾向变强。